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スペクトル」PARメーターとは? (対従来のPARメーター/センサー)

執筆者 | 2023/07/17 | blogs, グローライト

SpectralPARメーターは、QuantumPARメーター&センサーとスペースを共有しながら、屋内園芸市場に進出しており、生産者はその理由を知りたがっている。

この記事では、これらのデバイスを比較し、屋内農業におけるスペクトルデバイスの明確な利点について詳しく説明する。

以下がそのトピックである:

  • 背景 – なぜ光を測るのか?
  • 量子PARセンサー
  • 量子PARメーター
  • スペクトルPARメーター
  • スペクトルPARメーターの実用的な使い方

Photo by Zoe Schaeffer on Unsplash

背景 – なぜ室内園芸で光を測定するのか?

植物に適切な質と量の光を与えるために、室内栽培では光の測定が不可欠だ。

地理的な位置、季節的な日照、温室内の状況により、植物に十分な光が当たっているかどうかは不確定です。 この課題には、PAR(光合成活性放射)と呼ばれる測定法を用いて光子で光量を測定する光量計やセンサーを使用することで対処できる。 この情報は、人工的な照明とともに使用され、不足を補完する。

 

グロー・チェンバーズ 提供:台湾HiPoint Corporation

量子PARセンサー – 基本デバイス

屋内園芸における光の最も基本的な測定装置は、量子PARセンサーで、親指大の円筒形の装置で、ケーブルが付いている。 栽培者は、これらのセンサーを温室全体に配置して光データを収集することが容易であり、比較的安価である(50~100ドル)。 さらに、湿潤な農業環境での湿気に耐えられるよう、頑丈に設計されている。

量子PARセンサー

親指サイズの量子PARセンサー

しかし、量子PARセンサーには視覚的なディスプレイがなく、単独で操作したりデータを収集したりすることはできない。 その代わりに、分析用の情報を受信して保存する中央データ収集装置に接続する必要がある。 この接続は、従来の配線、あるいはイーサネットLANを使用して確立することができる。

これらのセンサーの目的は、光が不十分なエリアを特定することである。 光の不足が明らかになれば、生産者は人工照明を利用してその部分を補い、植物の品質、形、大きさを一定に保つことができる。

農場に設置されたPARセンサー(クリックで拡大)

量子PARメーター – 測定、表示、保存

量子PARメーターは、光子(PAR)をカウントし、データを保存し、モノクロ画面に表示するハンドヘルド装置である。 PARセンサーを内蔵することも、センサーを取り付けることもできる。 これらのデバイスの価格は、その品質、仕様、機能によって、150ドルから500ドル以上の幅がある。 通常、生産者は屋内施設の照明をスポット的にチェックするためにこれらの装置を使用する。

メーター本体は防水ではありませんが、取り付け可能な防水PARセンサーを装備したメーターは、湿気や水滴が存在する可能性のある垂直棚の下やキャノピーの下に効果的に到達することができます。

装着可能なPARセンサー付きQuantum PARメーター

スペクトルPARメーター – 色を見る

スペクトルPARメーターは、量子PARメーター/センサーのほぼすべての機能を実行することができます。 重要な違いは、スペクトラム・デバイスがスペクトラムを 生成できる点にある(図2参照)。

簡単に言えば、”スペクトル “メーターは、白色光を取り込み、その中のすべての色を区別する能力を持っている。 この機能は、精密回折光学系を使用することで達成され、そのため、これらのメーターのコストは比較的高く、数千ドル台前半になることが多い。

農業研究者やトップクラスの生産者は、スペクトラルの装置が不可欠だと考えている。 光子数を測定するだけでなく、光の色に関する情報を活用して、植物の生育のさまざまな側面を支援する。

PG200NスペクトルPARメーター

スペクトルPARメーター(図1)

スペクトラム(図2)

CIE 1976(図3)

光合成における色の重要性

光合成のプロセスは、光に含まれるさまざまな色の光子に依存している。 光合成の波長(色)チャート(図4)は、植物が青色と赤色に対してより高い感受性を示すことを示している。 使用する光源がこれらの色を十分な強度で発しない場合、植物への影響は少なくなります。 しかし、量子PARメーターは色を認識することなく光子だけをカウントするため、カラーアライメントを評価することはできない。

(図4)光合成と波長感受性チャート

図5 スペクトラムによる光合成の調整。 (クリックで拡大)

異なる植物が異なる色に反応する

図4のチャートは、光の色と光合成の相互作用の基本的な表現である。 しかし、光合成の仕組みは何千年、何百万年もかけて発達してきたものであり、植物はさまざまな光の色に適応するためにさまざまな進化を遂げてきた。

  • 光感受性細胞には多くの種類があり、それぞれ異なる光の色に異なる反応を示す。
  • 他の植物の樹冠の下にある植物は、まだ葉を透過する残留緑色光と赤色光(ファーレッド)を利用するように適応してきた。
  • 青色光は茎の伸長を誘発することが知られている。
  • 赤色光は果物の風味や種子の発芽に影響を与えることが知られている。
  • 植物はさまざまな赤色に反応し、季節の開花や結実を引き起こす。

これらは、生産者や研究者が進化の秘密を解き明かし、優位に立つためにスペクトラル機器を使用している理由のほんの一部である。

画像提供:Taiwan HiPoint Corporation

スペクトルPARメーターの実用的な使い方。

光と植物の相互作用を研究する研究者たちは、室内園芸の新しい戦略を発見するためにスペクトルPARメーターを使用している。

ダイナミックLED照明 – 色を微調整する利点

かつて室内園芸用の照明は、あらかじめ設定されたカラープロファイル(例えば5000K)に制限されていた。 しかし、最近のLEDライトは、赤、緑、青の電球のアレイと回路基板を備えており、さまざまなカラープロファイルをプログラムすることができる。

ダイナミックLED照明として知られるこの進歩は、温室内のさまざまなエリアで光色を戦略的にコントロールし、茎の伸長、側方成長、その他の植物形態を含む植物の成長を操作することを可能にする(下記PSS参照)。 スペクトルメーターは、これらの照明によって提供される品質と量を検証するために不可欠なツールとなる。

 

Photo by Anthony Roberts on Unsplash

Photomorphogenesis – Image courtesy of Al Gracian, www.albopepper.com

PSS – 色で季節をコントロールする

一般に農家は、日照や気候の季節的なパターンに翻弄される。 だから、バレンタインデーに間に合うように赤いバラを咲かせるのは、困難で心配なことなのだ。

温室環境では温度と気候のコントロールが容易だが、光の色も種子から植物、そして花への季節的変化(光形態形成)に一役買っている。

赤色と遠赤色は、季節が進むにつれて太陽からさまざまな割合で放出され、こうした変化を引き起こす。 そして今、生産者はこの知識を利用して、レッドとファーレッドの色をタイムリーに有利になるように操作することで、季節の変化をシミュレートしている。

この管理には、PSS指標(フィトクローム光定常状態)を備えた分光PARメーターが使用される。

PSSについてはこちらをご覧ください。

 

赤から遠赤と光形態形成

フルスペクトル対青赤スペクトル – エネルギーの節約

フルスペクトラムと青赤スペクトルの成長ライトの間の議論はまだ進行中である。 しかし、推定によれば、青赤色スペクトルの栽培用照明は、エネルギー・コストを約10%節約できる。

生産者は、スペクトル・メーターを使用して、これらの狭いスペクトルの栽培用ライトが、光合成感受性のピークと完全に一致するようにし、使用するワット数に対して収量を最適化する。

ブルー・レッド照明

フルスペクトル照明

LEDの色は長持ちしない – カラーシフト

LEDライトが点灯している限り、その役割を果たしていると考える人もいる。 しかし、LEDライトは、電気や熱がLED素材の完全性に影響を与えるため、時間の経過とともに色の質が低下する。 LEDから放出された光子は徐々にエネルギーを失い、より長い波長へとシフトし、結果としてカラーシフトが起こる。

このシフトのタイミングは、使用率とLEDの品質に大きく左右される。 標準以下の素材を使用し、放熱性の悪いライトは、劣化速度が速くなる傾向がある。 とはいえ、このシフトがいつ始まるかを正確に判断するのは難しい。 そのため、LEDのカラーシフトをモニターするために分光装置が採用されている。

 

Photo by Vlad Chețan: https://www.pexels.com/photo/rainbow-across-the-road-during-daytije-2279334/

照明の購入 – すべてのLEDが同じように作られているわけではありません。

あなたが持っている4000KのLEDライトは、明日買う4000KのLEDライトと同じとは限らない。 LEDの製造工程は複雑で、各社は色の一貫性に努めているが、保証できるのは正確な色ではなく範囲を示す相関色温度だけである。 あるメーカーから10個のLEDライトを購入し、半年後に同じライトをさらに10個購入したとしても、色にわずかな違いが出るかもしれない。

このことは、スペクトル・デバイスを持つことの重要性を浮き彫りにしている。購入前に照明を検査し、要件を満たしていることを確認することができる。

Photo by Evan Smogor on Unsplash

量子PARメーターとセンサーは色を見ることができない。 スペクトルPARメーターはできる!

研究者たちは、人工照明で植物を育てるには、単に光子を数えるだけでなく、色のスペクトルをすべて網羅する必要があることを認識している。 この理解は現在、室内園芸業界に浸透しつつあり、生産者は照明に関する専門知識を身につけることができる。 彼らはスペクトルPARメーターを利用して、さまざまな光色の利点を活用し、植物の収量を向上させ、資源を節約し、照明購入時に情報に基づいた選択を行う。

量子PARメーター/センサーは光子だけをカウントし、色を認識することはできませんが、スペクトルPARメーターは両方の機能を実行します。

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PG200NスペクトルPARメーター
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